Штангенциркули: особенности, виды, принцип работы, история возникновения.

Штангенциркуль – надежный инструмент для точных измерений
Проблема точных линейных замеров давно занимала пытливые умы не только ученых, но и судостроителей, просто строителей, ювелиров, обувщиков, разбойников, контрабандистов и прочего любознательного люда. Спрос породил предложение, поэтому в XVII появился на свет примитивный деревянный штангенциркуль. Пока без нониуса.
 

  
Этот раритет размером сантиметров семь, владелец ласково называет «малышок штангенциркуля». Инструменту менее ста лет.

 
Произведение искусства из Франции

В XVIII веке штангенциркуль уже был значительно усовершенствован, потому что на штанге появился нониус, хотя рождение нониуса пришлось на гораздо более ранний XVI век. Название этой шкалы напоминает нам о ее изобретателе, математике из Португалии по имени Педру Нуниш (Petrus Nonius). Достаточно часто встречается наименование не нониус, а верньер. Здесь также оставил на память потомкам свое имя математик из Бургундии Пьер Вернье (Pierre Vernier), который веком позже разработал современный вид шкалы нониуса. А название штангенциркуль принадлежит древненемецкому Stangenzirkel, хотя в современном немецком этого слова уже нет. Профессионалы сократили громоздкого «немца» до ласкового «штангель».
Итак, мы выяснили, что штангенциркуль – измерительный инструмент, востребованный во всех сферах промышленности и в быту. Штангенциркуль популярен не только у профессионалов, но и новичков благодаря быстрым и удобным замерам, точности и надежности. У прибора большой диапазон измерений и он прост в использовании. Универсальность инструмента состоит в получении различных данных. С помощью несложных действий определяются линейные размеры деталей (наружные и внутренние), величины отверстий, пазов, канавок и т.д.

Устройство инструмента

Конструкция штангенциркуля состоит из нескольких элементов.
•    Штанга. Измерительная линейка-штанга является основой конструкции. Вдоль нижнего края линейки нанесена шкала с шагом 1 мм. Длина линейки зависит от модели инструмента. В стандартном исполнении длина шкалы составляет 150 мм. На сайте https://wolfstar.ru/ представлены модели инструментов с длиной линейки от 100 до 3000 мм. Широкий размерный ряд позволяет выбрать оптимальный размер штангенциркуля.
•    Измерительная рамка. Это элемент конструкции, который свободно перемещается по главной штанге. На нижней части рамки нанесена специальная шкала – нониус. Нониус имеет линейку с 10 штрихами, цена деления соответствует 0,05 или 0,1 мм в зависимости от модели инструмента. На верхней части рамки установлен зажимающий элемент. Стопорный винт сжимает внутреннюю пружину, что обеспечивает плотное прилегание рамки к штанге и исключает ее перекос при движении вдоль основной линейки. Винт надежно фиксирует рамку, не допускает ее смещения после проведенного измерения.
•    Губки для измерений: подвижные и неподвижные. Подвижные губки являются частью подвижной рамки либо жёстко на ней закреплены. Неподвижные губки составляют единое целое со штангой. Подвижные и неподвижные губки расположены друг напротив друга и при закрытии измерительной рамки плотно смыкаются. В закрытом положении нулевые отметки верхней и нижней шкал совпадают. Функционально губки подразделяются на односторонние, выполняющие внешние замеры, и двусторонние, предназначенные и для внутренних измерений.
•    Выдвижная планка (глубиномер). Глубиномеры тонкие, поэтому они легко погружаются в отверстия самых маленьких заготовок. Этот дополнительный элемент является частью измерительной рамки, используется для замеров глубины отверстий и различных углублений. 
И еще немного занимательной истории. Патент на глубиномер принадлежит американцам,  а именно фирме COLUMBUS. Отсюда еще одно уменьшительное народное творчество – колумбик.

Советские авиаторы называли штангенциркули с глубиномером несколько сурово – маузер, так как приобретали их в тридцатых годах ХХ века в Германии, производства оружейной компании MAUSER.

Это советский штангенциркуль 1935 года

Советский с глубиномером 1936 года
 

Современные штангенциркули изготавливаются преимущественно из нержавеющей инструментальной стали. Материал устойчив к износу, не деформируется и не подвержен коррозии.

Классификация штангенциркулей

Виды и характеристики штангенциркулей регламентируются ГОСТ 166-89.
По способу индикации различают три разновидности измерительных инструментов:

•    нониусные – маркировка ШЦ.

Это самый распространенный вид штангенциркуля. Его основа – линейка-штанга с нанесенными делениями. Максимальное значение на линейке определяет предельно возможную величину замеров. Штанга изготовлена единой деталью с неподвижными губками. На штанге установлена подвижная рамка, элементом которой являются губки и линейка глубиномера (при наличии). В нижней части рамки находится нониус, вспомогательная шкала. Нониус позволяет измерять объекты с точностью до сотых долей миллиметра. Нониусные ШЦ, представленные в ассортименте интернет-магазина Wolfstar.ru, выполняют измерения в диапазоне от 0 до 3000 мм.

•    циферблатные, с круговой шкалой – маркировка ШЦК.

На измерительной рамке имеется круговой циферблат, более удобный для снятия показаний. Зубчатый механизм передачи преобразует поступательное движение рамки в угловое перемещение стрелки циферблата. Показания долей миллиметра легко считываются с круговой шкалы, имеющей цену деления 0,02 мм;

•    электронные, с цифровой индикацией – маркировка ШЦЦ.

На измерительной рамке установлен цифровой дисплей, с которого считываются результаты замеров. Среди рассмотренных видов штангенциркулей электронный является самым высокоточным измерительным инструментом. Шаг дискретности цифрового отсчетного устройства составляет 0,01 мм, у моделей с повышенной точностью 0,005 мм. На электронном блоке прибора расположены кнопки управления: включения/выключения, переключения единиц метрической системы (миллиметры/дюймы), кнопка сброса на ноль. Измерительный прибор работает от элемента питания, который необходимо периодически менять. Признак «садящейся» батарейки - заметное колебание показателей.

 По конструкции губок штангенциркули классифицируются по типам:

Тип I — инструмент двухсторонний, оснащен глубиномером, имеет большие губки для наружных измерений и малые для проведения внутренних замеров;
Тип II — двухсторонний инструмент с двумя парами больших губок, верхние позволяют делать разметку, закругленные нижние губки применяют для определения внутренних размеров труб, инструмент оснащен рамкой микрометрической подачи;
Тип III — односторонний инструмент, имеет пару губок для наружных и внутренних измерений.

Модели с литерой «Т» - ШЦТ, ШЦЦТ. Инструменты имеют упрочненные губки с твердосплавными пластинами на измерительных поверхностях. Это существенно повышает их стойкость к истиранию, увеличивает ресурс при работе с различными видами поверхностей  

Маркировка инструмента содержит исчерпывающую информацию об особенностях и назначении штангенциркуля. Например, модель ШЦЦТ-III-1000-0,01:

ШЦЦТ – электронный штангенциркуль с цифровой индикацией, упрочненные поверхности измерительных губок;
III – тип инструмента односторонний, с одной парой губок;
1000 – диапазон измерений от 0 до 1000 мм;
0,01 – точность измерений.

Основные характеристики штангенциркулей

К основным характеристикам измерительных инструментов относятся:
•    диапазон измерения;
•    значение отсчета по нониусу, циферблату или цифровому отсчетному устройству;
•    погрешность измерений;
•    условия эксплуатации (влажность, температурный диапазон).

Диапазон измерений лежит в пределах 0-3000 мм. Наиболее востребованы инструменты, выполняющие измерения 125-300 мм. В производстве и строительстве часто используются инструменты с большими диапазонами измерений: 0-400, 0-500 мм и т.д. Специальные штангенциркули позволяют делать замеры до 3000 мм.

Значение по отсчетному устройству определяет минимальную величину, которую можно измерить штангенциркулем. Этот показатель имеет следующие значения:

•    нониусные ШЦ — 0,05 и 0,1 мм;
•    циферблатные ШЦК— 0,02 мм;
•    электронные ШЦЦ— 0,01, в модели повышенной точности 0,005мм.

Погрешность – важнейшая характеристика, указывает ошибку, допускаемую инструментом при измерениях. Погрешность находится в прямой зависимости от шага отсчетного устройства и диапазона измерений. Для нониусных ШЦ со значением отсчета 0,1 мм допустимая погрешность может  составлять 0,05-0,2 мм; для циферблатных ШЦК со значением отсчета 0,02 — до 0,04 мм; для электронных погрешность 0,03-0,07 мм. С увеличением диапазона измерений погрешность инструмента возрастает.

Достоинства и недостатки штангенциркулей

Нониусный ШЦ: прост и надежен в использовании, имеет большой диапазон измерений и невысокую стоимость. Недостатки: для получения результатов измерений требуются дополнительные расчеты, что увеличивает время работы.
Циферблатный ШЦК: замеры выполняются быстрее и проще по сравнению с нониусной моделью, имеют более высокую точность измерений. Недостатки: ограниченный диапазон измерений, требуется бережное обращение из-за хрупкости стрелочного устройства, необходима защита от атмосферных воздействий, стоит дороже механического варианта штангенциркуля.
Электронный ШЦЦ. Цифровые измерительные устройства обладают множеством плюсов. Самые современные и простые в управлении. Позволяют выполнять максимально быстрые и точные замеры, даже в условиях недостаточной освещенности. Продвинутые модели имеют возможность подключения к компьютеру, а при наличии модуля выполняют беспроводную передачу замеров в цифровом формате. Возможен выбор метрической системы: измерения выполняются в миллиметрах или дюймах. Минусов у модельного ряда немного. Высокая чувствительность к механическим воздействиям – ударам и вибрации. Зависимость от элементов питания. Высокая стоимость по сравнению с механическими моделями.

Порядок проведения замеров

Перед проведением измерений нужно развести губки на необходимую величину, поместить между ними деталь и сомкнуть измерительные поверхности, до упора в стенки измеряемого элемента. Губки прижимают с небольшим усилием, не допуская зазоров и перекосов.

Для измерения детали нониусным ШЦ следует выполнить следующие действия.

•    Зафиксировать рамку с помощью винта.
•    Посчитать число полных миллиметров. Показание считывается со шкалы штанги, это будет первый штрих слева от нулевой отметки нониуса.
•    Определить доли миллиметра. На шкале нониуса нужно найти штрих, ближайший к нулевой отметке и точно совпадающий со штрихом верхней, основной шкалы. Если совпадает несколько штрихов с верхней разметкой, то учитывать необходимо значение, которое находится ближе к нулевому показателю. Порядковый номер нониусного штриха умножают на цену деления дополнительной линейки. Цена деления нониусной шкалы указана на инструменте и может составлять 0, 01; 0,02; 0,05 и 0,1 мм.
•    Подсчитать точное значение показаний штангенциркуля, учитывая десятые и сотые доли миллиметра. Конечный результат измерений получается путем сложения целой части и десятых, сотых долей миллиметра.

В циферблатной модели измерение выполняется следующим образом.

•    Зафиксировать губки инструмента на измеряемой поверхности.
•    Посчитать число полных миллиметров по делениям измерительной линейки. Для этого на шкале штанги найти ближайший штрих, расположенный слева от края подвижной рамки, который соответствует нулевой отметке. Это количество целых миллиметров.
•    Десятые и сотые доли миллиметра просто считать с показаний циферблата.

Для снятия размеров электронным штангенциркулем необходимо сделать следующее.

•    Установить на дисплее вид единиц измерения: миллиметры или дюймы.
•    Приложить раскрытые губки к измеряемой детали.
•    Зафиксировать стопорный винт на дисплее.
•    Считать показания с дисплея.

Проведение внутренних замеров.

Для измерения внутреннего диаметра сквозных деталей (кольца, гайки и т.д.) используются верхние губки измерительного инструмента, то есть для этих замеров подойдет только двухсторонний штангенциркуль.

Определение глубины.

Для измерения глубины детали используется штангенциркуль с глубиномером.
•    Расположить деталь на прочной основе.
•    Выдвинуть глубиномер.
•    Опустить глубиномер в отверстие до соприкосновения с дном.
•    Упереть торец неподвижной штанги в верхнюю плоскость измеряемой детали.
•    Подсчитать результаты измерений, либо просто считать их с дисплея.

Замеры резьбовых соединений.

С помощью штангенциркулей можно измерить резьбу на крепежной детали, например, на болте. Это необходимо в тех случаях, когда требуется подобрать гайку к определенному крепежному соединению.

•    Измерить внешний диаметр болта.
•    Замерить высоту стержня, не учитывая шляпку.
•    Подсчитать количество витков на стержне.
•    Рассчитать шаг резьбы. Для этого достаточно разделить длину стержня на количество витков.

При выборе штангенциркуля следует учитывать характеристики модели, руководствоваться сферой применения измерительного инструмента и непременно выбирать надежного и проверенного производителя, например, ZITOM.